A concentração de perclorato em uma amostra desconhecida foi determinada usando um eletrodo de fon seletivo para
e adição de padrão pontual. Uma amostra de
foi transferida para um balão volumétrico de 100 mL e diluída. Uma alíquota de
da amostra diluída foi adicionada a célula eletroquímica contendo um eletrodo de íon seletivo para
e um eletrodo de referência de calomelano saturado, sendo medido um potencial de 0,3587 V. Uma alíquota de
de uma solução padrão de
foi adicionada a amostra e o potencial foi alterado para
. Qual a concentração de
na amostra analisada?
Passo 1
Vamos resolver um exercício de química sobre determinação da concentração de íons perclorato (
) em uma amostra desconhecida. Para isso, vamos usar conceitos de eletroquímica, mais especificamente o uso de eletrodos seletivos e a adição de padrão pontual. Precisaremos aplicar a equação de Nernst para relacionar potencial elétrico com concentração de íons.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que foi feito no experimento:
-
Diluição da amostra: Foram transferidos 50,0 mL da amostra desconhecida para um balão de 100 mL, ou seja, a amostra foi diluída pela metade.
-
Medição inicial de potencial: Uma alíquota de 50,0 mL da amostra diluída foi colocada na célula eletroquímica com eletrodo seletivo para
, e o potencial medido foi de 0,3587 V. -
Adição do padrão: Adicionou-se 1,00 mL de uma solução padrão de
com concentração à mesma alíquota, e o potencial passou para 0,3461 V.
Nosso objetivo é encontrar a concentração de
na amostra original.
Passo 3
Vamos utilizar a adição de padrão pontual, que nos ajuda a determinar a concentração desconhecida sem precisar construir uma curva de calibração. A ideia é que, ao adicionar uma quantidade conhecida de padrão, podemos relacionar a mudança no potencial elétrico com a concentração original da amostra.
A equação de Nernst relaciona o potencial (
) do eletrodo com a concentração do íon:
Onde:
-
é o potencial medido, -
é o potencial padrão, -
é a constante dos gases ( ), -
é a temperatura em Kelvin, -
é a carga do íon ( para ), -
é a constante de Faraday ( ), -
é a atividade do íon, que para soluções diluídas pode ser aproximada pela concentração.
Como não precisamos do potencial padrão (
) para determinar a concentração desconhecida usando a adição de padrão, podemos trabalhar com a diferença de potenciais.
Passo 4
Vamos considerar as seguintes situações:
-
Antes da adição do padrão:
- Volume da alíquota:
- Potencial medido:
- Concentração desconhecida na amostra diluída:
- Volume da alíquota:
-
Após a adição do padrão:
- Volume adicionado do padrão:
- Concentração do padrão:
- Potencial medido:
- Concentração final na mistura:
- Volume adicionado do padrão:
Passo 5
Utilizando a ideia de que a quantidade de íons adicionados pelo padrão afetou o potencial, podemos estabelecer a seguinte relação:
Porém, para simplificar, vamos assumir que a variação de potencial é proporcional à variação logarítmica das concentrações. Assim, podemos relacionar diretamente as mudanças de potencial com as concentrações.
Passo 6
Calculamos a diferença de potencial causada pela adição do padrão:
A mudança negativa indica que a concentração de
aumentou devido à adição do padrão.
Passo 7
Usando a equação de Nernst simplificada para pequenas variações, podemos relacionar a mudança de potencial com a concentração adicionada:
Isolando
:
Passo 8
Vamos substituir os valores numéricos:
-
-
(temperatura padrão) -
(carga do íon ) -
-
-
-
-
Calculando o expoente:
Então:
Substituindo na equação de
:
Como a concentração não pode ser negativa, consideramos o valor absoluto:
Passo 9
Lembrando que a amostra original foi diluída de 50,0 mL para 100 mL (fator de diluição 2). Portanto, a concentração na amostra original é:
Resposta
A concentração de
na amostra analisada é de aproximadamente
.
Exercícios relacionados
Calcule o potencial-padrão para a reação
Para
.
Sobre potenciometria responda os itens abaixo:
Descreva como se desenvolve o potencial dependente do pH através da membrana do eletrodo de vidro.
Descreva como se desenvolve o potencial dependente do pH através da membrana do eletrodo de vidro.
Uma pilha foi preparada pela imersão de um fio de cobre e de um eletrodo saturado de calomelano em uma solução
de
. O fio de Cu foi ligado ao terminal positivo de um potenciômetro, e o eletrodo de calomelano foi ligado ao terminal negativo.
Calcule o potencial da pilha.
Calcule o potencial da pilha.
Considere a seguinte célula eletroquímica:
ECS Eletrodo de vidro
(onde ECS = Eletrodo de Calomelano Saturado)
O potencial desta célula apresentou o valor de para uma solução tampão de
. A mesma célula quando usada nas amostras A e B apresentou os valores de potencial
e
, respectivamente. Qual é o pH e a atividade de íons
em cada uma das amostras?
ECS
(onde ECS = Eletrodo de Calomelano Saturado)
O potencial desta célula apresentou o valor de